数字电子技术课程设计

沈阳工程学院

数字电子技术

——课程设计

专业班级：应用电子技术111

学生姓名：_____________

指导教师：

剪刀石头布游戏模拟器

沈阳工程学院

课程设计任务书

课程设计题目：剪刀石头布游戏模拟器

系别自动控制工程系班级电子专111

学生姓名孔鳖学号2011337114

指导教师田景贺职称讲师

课程设计进行地点：实训F215_______________________

任务下达时间：2013年1月4日

起止日期：2013年1月7日起----至2013年1月18日止

教研室主任田景贺2012年12月29日批准

II

剪刀石头布游戏模拟器

1.设计题目：剪刀石头布游戏模拟器

L1设计目的：（1）能独立查阅、整理、分析有关资料

（2）能用数字集成电路完成设计任务

（3）掌握脉冲产生、整形与分频电路

（4）掌握计数、译码与显示电路

1.2基本要求：

（1）由按键模拟游戏动作，5局三胜。

（2）2位数码管显示游戏比分

（3）胜负指示

2.设计过程的基本要求：

2.1基本部分必须完成，学有余力的同学可以根据自己的能力自行确定发挥部分

并完成。

2.2符合设计要求的报告一份。

设计报告内容要求：

1.写出你考虑该问题的基本思路，画出一个实现电路功能的大致框图。

2.设计出框图中各部分逻辑电路，可用中、小规模集成电路，也可用

中规模集成电路连接而成。对各部分电路的工作原理应作出说明。

最后，画出整个设计电路的原理电路图，并说明电路工作原理。

3.进行设计的仿真验证。

4.要求用A4纸打印，不允许复印。装订顺序为：封面、任务书、成绩

评审意见表、中文摘要和关键词、目录、正文、参考文献。

5.设计报告提交的截止时间为2013年1月17日。

III

剪刀石头布游戏模拟器

数字电子课程设计成绩评定表

系（部）：自动控制工程系班级：电子专111姓名：孔《

指导教师评审意见

评价加权

具体要求权重评分

内容分

调研能独立查阅文献，收集资料；能制定课程设计方案

0.15432

论证和日程安排。

工作

工作态度认真，遵守纪律，出勤情况是否良好，能

能力0.25432

够独立完成设计工作，

态度

工作按期圆满完成规定的设计任务，工作量饱满，难度

0.25432

量适宜。

说明说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字

书的通顺,技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表0.55432

质量完备，书写工整规范。

指导教师评审成绩

分加权分合计

（加权分合计乘以12）

指导教师签名：年月日

评阅教师评审意见

评价加权

具体要求权重评分

内容分

查阅

查阅文献有一定广泛性；有综合归纳资料的能力0.25432

文献

工作

工作量饱满，难度适中。0.55432

量

说明说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字

书的通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表0.35432

质量完备，书写工整规范。

评阅教师评审成绩

分加权分合计

（加权分合计乘以8）

评阅教师签名：年月日

课程设计总评成绩分

IV

剪刀石头布游戏模拟器

摘要

“剪刀”“石头”“布”电子竞技游戏是当前众多节目上人们最喜爱玩的猜拳

游戏一种。此次课程设计的目的就是制作一个简单的“剪刀”“石头”“布”电子

游戏控制机，并且能够以比分的形式呈现出来。通过进一个周的查阅资料最终

完成了此次课设要求，初步实现了比赛控制基本要求。在课设中我通过555定时

器与R和C的连接组成了多谐振荡器去实现振荡电路的功能；又通过集成快去控

制选手的选择条件；最后以数码管显示的形式显示最终的比赛状况。在此期间，

用到了许多课堂上所学的知识才能解决电路中出现的问题，。

关键词：555定时器、多谐振荡器、数码管

V

剪刀石头布游戏模拟器

目录

摘要.............................................................................V

1题目分析.......................................................................1

2方案设计......................................................................2

2.1实现步骤描述.............................................................2

3各部分作用及其工作原理........................................................3

3.1电源控制电路..............................................................3

3.2555振荡电路..............................................................3

3.3选手控制电路.............................................................5

3.4比较电路.................................................................6

3.5LED显示电路.............................................................7

4结论..........................................................................11

5参考文献.....................................................................12

6附录..........................................................................13

剪刀石头布游戏模拟器

1题目分析

，，石头，，，，剪刀，，，，布，，电子游戏是一种深受人们欢迎的猜拳游戏，此次课程

设计的目的是检验我们能否将课堂上所学的理论知识转化成灵活处理理实际问

题的能力。

根据所学知识及其查阅大量的资料得知能实现其功能的模块如图1.1所示：

电

源LED显示电路

控

制

电

路数码管显示电路

图1.1总体框图

电源控制电路部分是由电源U,电源开关S3和滤波电容器C组成。而要完成

输出具有稳定的振幅和一定频率的交流信号故设计采用由555定时器构成多谐

振荡器来实现其功能。当我们将电源电路接通后，总电路将处于工作状态，这时

555振荡电路的器件的会达到起振条件，使得集成块开始进行振荡；由计数器开

始进行二进制计数，此后再由选手控制电路的通过控制按钮的按放完成随机选择

“石头”“剪刀”“布”三种比赛形式，并以二极管显示出选手所选的选项（可以

用不颜色的LED灯管显示出来）；接下来通过比较电路与另一方所显示结果接

通，通过在规则范围内相比较得出最后结果并最终以比分的形式显示出来。我们

可以通过采用数码管显示电路将比分最终锁定在5局3胜里面，一方达到3分后

游戏将结束。

剪刀石头布游戏模拟器

2方案设计

2.1实现步骤描述

当接通电源后555振荡电路振荡工作,其振荡频率为500Hz.当游戏的甲乙双

方同时按下控制按纽SI,S2时，74LS290和74LS138开始对500Hz的振荡信号进

行计数,74LS138Y0端〜Y3端依次轮流输出高电平，使代表“石头“，“剪刀"，”

布”的灯1、2、3和4、5、6不停地循环闪亮,随后甲，乙双方同时松开控制按纽

S1和S2,此时「3和4飞中各有一盏灯仍点亮,通过观察灯7、8、9中亮着的灯

来记录所胜方记得一分，通过数码管显示最终结果。

总体电路的灯管显示结果如表lo

甲输出的情况用灯1、2、3（剪刀、石头、布）来表示。乙输出的情况用灯4、

5、6（剪刀、石头、布）来表示。7、8、9表示甲胜1分、和（重来）、乙胜1

分

表1灯管显示结果

甲胜和乙胜

1234561分1分

789

100100灭亮灭

010010灭亮灭

001001灭亮灭

100010灭灭亮

100001亮灭灭

010100亮灭灭

010001灭灭亮

001100灭灭亮

001010亮灭灭

2

剪刀石头布游戏模拟器

3各部分作用及其工作原理

3.1电源控制电路

电源控制电路在电路中提供电路所需的工作电流，通过电源开关的闭合来完

成总电路的工作实现与否。并且通过滤波电容的漉波作用将电压源提供的无用频

率滤掉，从而提高其工作性能与效率。

3.2555振荡电路

3.2.1555振荡电路的功能

555集成定时器是一种模拟和数字电路相混合的集成电路。它结构简单，使

用灵活，用途十分广泛，可以组成多种波形发生器、多谐振荡器、定时延时电路、

双稳触发电路、报警电路、检测电路、频率变换电路等。

555定时器的电路原理图及管脚排列图分别如图3.1和3.2所示。

电压控制端

vc5

TH6

高触发端

TL2

低触发端

DIS7

放电端

图3.2555定时器的引脚图

图3.1555原理电路

3

剪刀石头布游戏模拟器

555多谐振荡器的真值表如表2

表2555真值表

输入输出

RDVIIVilVOTD状态

0XX低导通

1>2Vcc/3>Vcc/3低导通

1<2Vcc/3>Vcc/3不变不变

1<2Vcc/3<Vcc/3高截止

1>2Vcc/3<Vcc/3高截止

3.2.2555振荡电路的工作原理

图3.3555多谐振荡电路

-U

RI、R2、C是外接元件。当uc因电源接通对C充电而上升到3"cc时，比

较器A1输出为低电平，使R-S触发器输出置()，T导通，电容C通过T放电；

当uc因电容放电而减小到略低于火。时，比较器A2输出为低电平，使R-S触发

2

器输出置1,T截止，电容C继续充电直到uc略高于时，触发器又翻转到

4

剪刀石头布游戏模拟器

0,从而完成一个周期振荡。其振荡周期可用下式计算:

T=().7(R1+2R2)C=0.7*3*1=0.0021s

f=l/T=5()0Hz

3.3选手控制电路

74LS290是异步二.五-十进制计数器，74LS290由两个独立的二进制和五进

制计数器组成。CP0和CP1为下升沿有效的时钟脉冲输入端，二进制计数器对

CP0计数，计数输出为Q0；五进制计数器对CP1计数，计数输出为Q3Q2Q1,

其中Q3为最高位。R0A和R0B为置0端，S9A和S9B为置9端。

3.3.1控制电路工作原理

本设计中的LS290是将Q0与西连接，计数脉冲CP由西输入，这样却组

成了标准的8421码十进制计数器，因为输出端只连接Q0、Q1,又与R01、R02

通过一个与门相连，当输出为II时，置零，所以输出为循环进行的00-01-10

图3.474LS290电路图

74LS138为3线一8线译码器,共有54/74S138和54/74LS138两种线路结构

型式。

⑴74LS138的工作原理如下：

当一个选通端(G1)为高电平，另两个选通端(/(G2A)和/(G2B))为低电平

5

剪刀石头布游戏模拟器

时，可将地址端（A、B、C）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。

⑵用与非门组成的3线-8线译码器74LS138

71LS138有三个附加的控制端，输出为高电平（S=l）,译码器处于工作状

态。否则译码器被禁止，所有的输出端被封锁在高电平，如表3所示。这三个控

制端也叫做“片选”输入端，利用片选的作用可以将多篇连接起来以扩展译码器

的功能。

表374LS138功能表

输入输出

AlA0匕匕%

LLLHH

LHHLH

HLHHL

3.4比较电路

甲输出的情况用发光二极管1、2、3、来表示

乙输出的情况用发光二极管4、5、6、来表示

1与4发光二极管亮是表示出的是剪刀

2与5发光二极管亮是表示出的是石头

3与6发九二极管亮是表示出的是布

根据7甲赢、8和、9乙赢的发光情况来判断输赢，在通过连接显示电路进

行分数统计，直到达到比赛要求为止。逻辑功能表如表4

图3.5比较电路

6

剪刀石头布游戏模拟器

表4比较电路逻辑功能表

甲胜和乙胜

1234561分0分1分

789

100100灭亮灭

010010灭亮灭

001001灭亮灭

100010灭灭亮

100001亮灭灭

010100亮灭灭

010001灭灭亮

001100灭灭亮

001010亮灭灭

3.5LED显示电路

CD4017B

图3.6CD4017电路图

7

剪刀石头布游戏模拟器

Vdd

Y5

II6

Y12I5

R

Y03I4Cl

4I3

Y2EN

CD4017

Y6

512CO

Y76II

Y9

Y3710Y4

89

YssY8

图3.7CD4017引脚图

CD4017引脚功能芯片有10个译码输出Q0〜Q9;MR为清零端,CP0和CP1

是2两个时钟输入端,3个输出控制端:Y0、Yl、Y2O每个译码输出一般处于低电

平，且在时钟脉冲由低到高的上升沿输出高电平；每个高电平输出维持一个时钟

周期；每输入10个时钟脉冲，输出一个进位脉汨，因而进位信号可作为下一级

计数器的时钟信号，在清零端R加高电平或正脉冲时，只有输出端Q0为高电平,

其余各输出端都作为低电平“0”。CD4017的真值表如下：

表4CD4017真值表

时钟时钟允许复位输出状态

LXL不变

XHL不变

XXH计数器复位

tLLQ（）=H,Qi〜Q9=L

1

XXL进入下一级

XtL不变

1L进入下一级

8

剪刀石头布游戏模拟器

LED显示电路由计数分配器集成电路CD4017(l),CD4017(2),发光二级管

1-6(1和4代表“剪刀”,2和5代表“石头”,3和6代表“布“，二级管VDLVD2和电阻

RLR2组成，接通开关S3后，振荡电路振荡工作，共振荡频率为lOOKHz.当游戏的

甲乙双方同时按下控制按纽S1,S2时,CD4017"),和CD4017(2)开始对lOOKHz的

振荡信号进行计数，其Y0端〜Y3端依次轮流输出高电平,使代表“剪刀”「石头

布”的发光二级管VL1-VL3和VL4〜VL6不停地循环闪亮，随后甲,乙双方同时松

开控制按纽S1和S2,此时VL1-VL3和VL4〜VL6中各有一个发光二级管仍点亮。

3.6数码管显示电路

数码管循环显示控制电路组成方框图如下图3.8所示,脉冲时钟信号输出高

低电平，通过四个计数器依次计数,再由译码器译码,通过数码管显示出自然序

列循环的显示由计数器来控制，每一个序列循环完毕后，计数器会产生一个进

位信号,该信号通过计数器进而使序列循环起来。要让四个数列依次循环则采用

一个2线一4线译码器和一个四进制计数器。用译码器的输出依次去控制芯

片清零端,再通过一个四进制计数器去控制译码器输入，使其在四个输出间不断

循环，而计数器的时钟脉冲则可通过每个芯片的进位端经过一四输入或门输出

来控制。电路如图

进位••

A

B

C

D

皿C-r

]74LS1G0D

・74・H・C・1・3・9・N6•V・

图3.8显示进位图

序列显示电路的设计十进制自然序列的显示电路由于74LS160D本身就

是一个十进制技术的芯片，因此对于这个部分就需要按其功能表来接电路就可

以实现十进制自然序列输出了。在脉冲信号的触发下，计数器的输出端的状态

依次为0000-0001-*0011->0100-0101-*0110-*0111^依00f1001,然后再将

计数器的输出端和数码管的输入端口相接就可以在数码管上面看到依次显示从

0-9了，其数码管显示电路图如图3.9所示：

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剪刀石头布游戏模拟器

图3.9数码管电路显示图

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剪刀石头布游戏模拟器